三相UШ形无气隙可变耦合度耦合电感研究.PDF

第３２卷 第１期 电工 电能新 技 术 Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．１ ２０１３年１月 Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｊａｎ． ２０１３ 三相“ＵШ”形无气隙可变耦合度耦合电感研究 杨玉岗，李　 涛，冯本成 （辽宁工程技术大学电气与控制工程学院，辽宁 葫芦岛１２５１０５） 摘要：为了适应多相交错并联磁耦合变换器对耦合电感的要求、降低磁件对其他元器件的电磁干 扰，本文提出了一种适用于三相交错并联磁耦合变换器的“ＵШ”形并且可以改变耦合度的无气隙 耦合电感结构。 分析了其改变电感耦合度的原理，给出了相关磁芯设计的数学表达式，并通过有限 元仿真和实验验证了所提“ＵШ”形耦合电感结构的有效性及其磁路模型的可行性。 关键词：交错并联磁耦合变换器；耦合电感；耦合度；有限元仿真 中图分类号：ＴＭ４６　 　 　 　 　 文献标识码：Ａ　 　 　 文章编号：１００３⁃３０７６（２０１３）０１⁃００４７⁃０５ （２） 方案２。 如图１（ｂ）所示，各相电感绕组的 １　 引言 组成和方案与图１（ａ）相同，但是组成各相电感的三 在交错并联磁耦合变换器中应用磁集成技术可 个绕组之间为反向耦合。 ［１⁃５］ 减少磁件的数量和体积，提高变换器性能 。 交 错并联磁耦合变换器的稳态和暂态性能与集成磁件 耦合度大小呈现对立的关系，因此合理地设计集成 磁件的耦合度对于兼顾变换器的稳态和暂态性能至 ［６⁃７］ 关重要 。 所以本文提出了一种集成磁件，在不 开气隙的情况下改变磁件的耦合度，并且应用在三 相交错并联磁耦合Ｂｕｃｋ变换器中，该磁件可以消除 部分直流偏磁。 理论分析、仿真及样机实验表明本 文提出的无气隙可改变耦合度的集成磁件同传统的 ［８⁃１１］ 集成磁件相比具有诸多优点 。 ２　 三相无气隙耦合电感结构 图１　 三相耦合电感结构 三相无气隙可变耦合度的耦合电感结构如图１ Ｆｉｇ．１　 Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｐｈａｓｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｉｎｄｕｃｔｏｒ 所示，它包括两片磁芯，其中一片磁芯的形状像 “Ｕ”，另一片磁芯的形状像“Ш”，故称为平面磁耦合 　 　 下面对三相无气隙耦合电感的可变耦合度的方 “ＵШ”形结构；根据耦合电感绕组拆分后的缠绕方 案进行分析： 向不同可以将耦合电感分为两种，具体分析如下。 （１） 方案１可变无气隙耦合度原理分析 （１） 方案 １。 如图１（ａ）所示，绕组 Ｎ 、Ｎ 和 假设耦合电感的磁路是对称的，通过分析可得 ａ１ ａ２ Ｎ 组成电感Ｌ 绕组；绕组Ｎ 、Ｎ 和Ｎ 组成电感 到方案１的近似等效磁路模型，如图２（ａ）所示。 分 ａ３ ａ ｂ１ ｂ２ ｂ３ Ｌ 绕组；绕组Ｎ 、Ｎ 和Ｎ 组成电感Ｌ 绕组。 组成 ｂ ｃ１ ｃ２ ｃ３ ｃ 析可得各绕组自感表达式为： 各相电感的三个绕组之间为正向耦合。 收稿日期：２０１１⁃１１⁃０８ 基金项目： 国家自然科学基金，教育部留学回国人员科研启动基金（２００９⁃１３４１）和辽宁省自然科学基金 资助项目 作者简介： 杨玉岗（１９６７⁃），男，内蒙古籍，教授，博士生导师，研究领域为电力电子技术及高频磁集成技术； 李